露天礦山地質(zhì)災(zāi)害成因與防治

露天礦山地質(zhì)災(zāi)害成因與防治張赫;孫巖【摘要】簡(jiǎn)述了由于露天礦山開采活動(dòng)可能引發(fā)或加劇諸如滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害成因，通過實(shí)例從不同角度分析了其影響因素及成因機(jī)制,并在此基礎(chǔ)上提出了幾點(diǎn)可供參考的防治措施.【期刊名稱】《礦業(yè)工程》【年(卷)，期】2015(013)006【總頁數(shù)】3頁(P45-47)【關(guān)鍵詞】礦山地質(zhì)災(zāi)害;形成原因;防治措施【作者】張赫;孫巖【作者單位】核工業(yè)二九。研究所廣東韶關(guān)512029;核工業(yè)二九。研究所廣東韶關(guān)512029【正文語種】中文【中圖分類】TD80引言隨著礦山開挖深度的不斷加深，露天開采邊坡的范圍也隨之不斷擴(kuò)大，這樣雖然帶來了一時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益，但卻嚴(yán)重破壞了地應(yīng)力的自然平衡。在礦山的開采過程中，由于爆破等開采技術(shù)造成大面積的土地裂縫，且爆破的次數(shù)越多裂縫就會(huì)進(jìn)一步增多與擴(kuò)大，高邊坡在重力的作用下就很容易形成各種地質(zhì)災(zāi)害，將會(huì)給礦山及周邊環(huán)境造成無可挽回的損失，因此加強(qiáng)對(duì)露天礦山地質(zhì)災(zāi)害的成因研究和防治具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1露天礦山地質(zhì)災(zāi)害成因1.1崩塌一般來講，露天礦山出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象主要與其地質(zhì)構(gòu)造、開挖方式以及水文特點(diǎn)等因素相關(guān)。由于經(jīng)濟(jì)條件的限制，現(xiàn)在露天礦山開采邊坡一般未按開采設(shè)計(jì)要求進(jìn)行臺(tái)階式開采，一般開挖坡度在80°以上，形成高而陡的邊坡。這樣在礦山的斷層破碎地帶以及陡崖突出部位，因?yàn)樯襟w的穩(wěn)定性不好，加之風(fēng)化、重力及地表水等作用的影響，輕則容易產(chǎn)生掉塊，重則大面積崩塌。如翁源縣某露天開采礦山，巖石地層產(chǎn)狀為164°匕75°，礦體巖石內(nèi)發(fā)育節(jié)理裂隙產(chǎn)狀為81°匕46°，西側(cè)和北側(cè)采面邊坡坡向分別為71°與161°，臺(tái)階面坡度較陡，均在80°左右。通過赤平投影分析可看出（見圖1）,巖石節(jié)理裂隙與西側(cè)采場(chǎng)邊坡傾向相近，傾角小于坡度角，西側(cè)采場(chǎng)邊坡上的巖石塊體具備沿裂隙面滑移的空間條件；而在北側(cè)采場(chǎng)邊坡，與巖石地層傾向相近，傾角小于坡度角，北側(cè)邊坡上的巖石塊體具備沿巖石層理面滑移的空間條件。在風(fēng)化、地震、礦山爆破、地表水及重力的作用下，北側(cè)和西側(cè)兩處高陡邊坡極易沿著裂隙面以及巖石層里面發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。圖1采坑坡面、節(jié)理裂隙及地層產(chǎn)狀赤平投影圖通過對(duì)該露天開采礦山進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，目前礦山的北側(cè)開采邊坡偏西位置已存在一處崩塌地質(zhì)災(zāi)害，崩塌體走向45°,寬約7m,高約15m,厚約1~2m,崩塌量約50m3，屬小型崩塌。1.2滑坡滑坡在露天礦山開采中十分常見，它主要是受開采活動(dòng)和地質(zhì)作用的雙重影響而形成的。露天采礦的邊坡在開挖之前，巖體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)常處在較為平衡的狀態(tài)之中，然而隨著開挖范圍的加大以及深度的加深，加上露天開采剝離的表土很多都是隨意堆砌的，就逐漸形成了一個(gè)又一個(gè)不穩(wěn)定的堆積體。它們沒有經(jīng)過壓實(shí)，也沒有做任何防護(hù)處理，導(dǎo)致整體堆積體的結(jié)構(gòu)十分松散，穩(wěn)定性極低，這就很容易受到暴風(fēng)雨等惡劣天氣的影響，形成滑坡現(xiàn)象。如仁化縣某露天開采礦山，在礦體上部覆蓋有表土、泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖等松散巖土體，為便于今后礦體開采，需剝離上述松散巖土體?，F(xiàn)假設(shè)松散巖土體是隨意堆放的，不進(jìn)行任何防護(hù)處理，按平均堆高7.5m，土體邊坡的巖土力學(xué)參數(shù)按與相鄰地區(qū)類比，采用Taylor法對(duì)堆土體邊坡穩(wěn)定性計(jì)算煩的結(jié)果見表1。表1堆土體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算表邊坡位置計(jì)算工況評(píng)估堆土體正常暴雨巖土體參數(shù)坡高H/mY/kN-m-3C/kPa中（°）B（°）NsKs邊坡穩(wěn)定性7.57.518.619.218.612.318.312.235359.88.61.300.73不穩(wěn)定穩(wěn)定計(jì)算公式：式中Ks——邊坡穩(wěn)定系數(shù)；Ns——與土的內(nèi)摩擦角和坡角有關(guān)的系數(shù)；C——邊坡土體的粘聚力；H——邊坡高度；y一邊坡土體的重度。按《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第五版），邊坡穩(wěn)定狀態(tài)一般取1.20-1.35。由上表結(jié)果可知，堆土體在正常條件下邊坡穩(wěn)定，但是在暴雨條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如受到強(qiáng)降雨形成的大面積坡面流對(duì)坡體的沖刷，極易造成滑坡地質(zhì)災(zāi)害。通過對(duì)該露天開采礦山進(jìn)行實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該礦山堆土場(chǎng)和開采邊坡松散巖土體較厚的部位已出現(xiàn)輕微滑坡和水土流失現(xiàn)象。1.3泥石流泥石流現(xiàn)象一般發(fā)生在山區(qū)溝谷或地勢(shì)險(xiǎn)峻的地方，它是由暴雨和其他一系列的自然災(zāi)害弓I發(fā)的山體滑坡，屬于一種特殊的洪流。順坡堆積的大量碎屑物質(zhì)。在瞬間聚集的大量水源、以及陡峻的便于集水、集物的地形地貌構(gòu)成了泥石流發(fā)育的3個(gè)基本條件。露天礦山在開挖后多形成三面環(huán)山的形態(tài)，其中一側(cè)的地形地勢(shì)較為開闊，另外兩側(cè)的山體相對(duì)險(xiǎn)峻，這樣有利于地表水和土石等物質(zhì)的迅速集中。隨著礦山露天采礦活動(dòng)的持續(xù)，棄土、廢渣的堆放也會(huì)日益增多，這些物質(zhì)構(gòu)成了泥石流的物質(zhì)來源。如果礦山露天開采對(duì)產(chǎn)生的松散碎屑堆積物處理不及時(shí)、不合理，在特定的地形地貌條件下，在不良?xì)夂蚣皭毫犹鞖獾人σ蛩丶ぐl(fā)下，易發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害。如樂昌市某露天開采礦山，為了滿足礦山露天開采的需要，需要對(duì)地表殘坡積層和泥質(zhì)灰?guī)r進(jìn)行剝除按照開發(fā)利用方案規(guī)劃，礦山排土場(chǎng)設(shè)于礦區(qū)南部的山溝和礦區(qū)南部采坑中，設(shè)計(jì)總庫容量13.1萬m3，用于存放剝離出的棄土及泥質(zhì)灰?guī)r，加之礦山在采坑內(nèi)堆積的碎石，均給引發(fā)泥石流創(chuàng)造了豐富物源條件。該區(qū)溝谷多呈“V”或“U”字形地貌特征，在個(gè)別山溝有少量溝水流下，礦山所處區(qū)域三面環(huán)山，形狀有利于地表徑流的匯集。加之樂昌地區(qū)屬亞熱帶氣候，雨量充沛，為引發(fā)泥石流提供了水動(dòng)力條件。通過對(duì)該露天開采礦山進(jìn)行實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在自然條件下，礦山周邊的溝谷中已發(fā)現(xiàn)有輕微水土流失現(xiàn)象。如不重視對(duì)該礦山泥石流的防治，不及時(shí)做好地質(zhì)災(zāi)害工程防治，一旦泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，將直接威脅位于山坡角的人員、礦山生產(chǎn)設(shè)施、公路和農(nóng)田。2露天礦山地質(zhì)災(zāi)害防治2.1崩塌的防治對(duì)于規(guī)模不大的潛在崩塌體，優(yōu)先考慮人工清除的防治方案，在遇到潛在崩塌體不能有效清除的情況下，我們可以對(duì)中小型崩塌體采取一系列防護(hù)措施，比如可以在坍塌體的坡角處建設(shè)一些擋石墻或者搭建一些防護(hù)網(wǎng)；對(duì)于容易受到風(fēng)化影響的軟弱層，可以對(duì)其裂隙灌漿或漿砌石護(hù)面，也可采用削坡來放緩邊坡，減輕重心；設(shè)置排水設(shè)施以攔截疏導(dǎo)山坡的地表水和地下水，確保露天礦山開采區(qū)域內(nèi)無積水。另外，對(duì)于較大的崩塌體，采用防護(hù)設(shè)施顯然不能取得良好的效果，此時(shí)建議采取搬遷避讓措施。2.2滑坡的防治治理滑坡應(yīng)該堅(jiān)持以防為主、綜合治理和及時(shí)處理的三大原則。在露天礦山開采過程中，應(yīng)對(duì)滑坡這類地質(zhì)災(zāi)害可以采取的防治措施有兩種：第一種是排除地表水，減輕水的危害；另一類是改變滑坡體的夕卜形，設(shè)置抗滑建筑物?！懦乇硭?，減輕水的危害。這是一種防治滑坡現(xiàn)象發(fā)生的有效措施，在露天礦山開采過程中可以廣泛應(yīng)用。排除地表水的目的是盡可能地?cái)r截、旁弓I滑坡區(qū)外的地表水進(jìn)入?yún)^(qū)內(nèi)，盡快地排除滑坡區(qū)內(nèi)的累積的雨水。具體來說，要想避免或防止降水或地表水對(duì)采場(chǎng)邊坡產(chǎn)生不利影響，在露天礦山開采前應(yīng)合理設(shè)計(jì)并開挖—條或數(shù)條防洪截水溝，這樣可防治大面積的水流對(duì)采場(chǎng)的沖刷，從而有效提升采場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí)，還應(yīng)在其下部修建相應(yīng)的排水溝，這樣便于把采場(chǎng)內(nèi)累積的水流排放到指定位置，最終減少水流帶來的地質(zhì)災(zāi)害?！淖兓麦w外形，設(shè)置抗滑建構(gòu)筑物。要想防止滑坡現(xiàn)象的發(fā)生，還有一種方法就是改變滑坡體的外形，這要求若嚴(yán)格按照開采設(shè)計(jì)規(guī)范由上而下分臺(tái)階進(jìn)行開采，需首先采用中深孔爆破技術(shù)解決沒有可靠抗滑地段的滑體，爭(zhēng)取讓滑體的外形得到改善，降低重心，從而有效地提高滑體的穩(wěn)定性。而對(duì)露天礦山在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生剝離的廢渣和棄土堆積體，可采用在其前緣修建支擋工程進(jìn)行防治。對(duì)于露天開采過程中遇到的較常見的高陡巖質(zhì)邊坡，可以采用焙燒法、爆破灌漿法等物理化學(xué)方法來改善滑動(dòng)帶的土石性質(zhì)，從而達(dá)到防治滑坡的目的。2.3泥石流的防治毋庸置疑，露天礦山開采對(duì)地表的影響和破壞很大，由于露天礦山多處于偏遠(yuǎn)的山區(qū)，泥石流形成的可能性就更大。對(duì)于如何進(jìn)行防治，這需要在礦產(chǎn)開采過程中規(guī)范開采行為，忌亂采亂挖，破壞植被，忌隨意堆置廢石廢渣，因?yàn)檫@些都可能給泥石流的形成帶來有利影響。所以，必須從源頭上進(jìn)行防治，首先是要盡可能地減少礦山固體廢棄物的排放，其次是要進(jìn)一步